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Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A 1/2015

01.01.2015

Microstructure and Kinetics of Nitride Precipitation in a Quaternary Iron-Based Model Fe-2.82 at. pct Cr-0.13 at. pct Mo-0.18 at. pct V Alloy

verfasst von: C. W. Kang, Sai Ramudu Meka, R. E. Schacherl, E. J. Mittemeijer

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A | Ausgabe 1/2015

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Abstract

Internal nitride development in iron-based quaternary Fe-Cr-Mo-V alloy, as a model alloy for 31CrMoV9 steel, was investigated by performing controlled gaseous nitriding experiments. The nitride-precipitation process starts with the development of nanosized platelets of, coherent, cubic NaCl-type nitride, along {100} lattice planes of the ferrite matrix, in association with matrix-lattice dilation. The development of nitride platelets having a NaCl-type crystal structure, satisfying the Baker–Nutting orientation relationship with the ferrite matrix, and the nitrogen content of the nitrided zone suggest the development of a quaternary “mixed” (Cr x ,V y , Mo1−x−y)N nitride, similar to the development of “mixed” ternary nitrides as reported for nitrided Fe-Cr-Al and Fe-Cr-Ti alloys. In a later stage, the nitride platelets undergo discontinuous coarsening resulting in the development of a lamellar microstructure consisting of nitride and ferrite lamellae. Kinetic analysis demonstrated that the thermally activated nature of growth of the diffusion zone is controlled with about equal weights, by the diffusion of nitrogen in the substrate matrix and the matrix lattice solubility of nitrogen.

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Fußnoten
1
In Ref. 33 the expression for \( C_{\text{N}}^{\text{eq}} ({\text{in}}\; {\text{at}}.\,{\text{pct}}) \) is given as a function of T (in K) and r N (in Pa−1/2): \( C_{\text{N}}^{\text{eq}} = r_{\text{N}} \exp \left( {18.7 - \frac{10,164}{T}} \right) \).
 
2
As a matter of fact, as follows from the analysis in this paper, growth of the diffusion zone can be described by a single value for effective activation energy even if, in the absence of a compound layer on top, the solute concentration at the top of the diffusion zone varies significantly with temperature. This is a straightforward consequence of the thermodynamics of dissolution of the solute.[33,38] Neglecting the temperature dependence of the solubility of dissolved content of the diffusing atoms in Eqs. [1] and [2] can lead to meaningless values of an “activation energy.” Such erroneous analysis has, for example, been performed in Ref. 37.
 
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Metadaten
Titel
Microstructure and Kinetics of Nitride Precipitation in a Quaternary Iron-Based Model Fe-2.82 at. pct Cr-0.13 at. pct Mo-0.18 at. pct V Alloy
verfasst von
C. W. Kang
Sai Ramudu Meka
R. E. Schacherl
E. J. Mittemeijer
Publikationsdatum
01.01.2015
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions A / Ausgabe 1/2015
Print ISSN: 1073-5623
Elektronische ISSN: 1543-1940
DOI
https://doi.org/10.1007/s11661-014-2630-5

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